3.连杆机构

第三章平面连杆机构学习要求1）了解组成铰链四杆机构的各构件名称，熟悉铰链四杆机构的基本型式、应用和演化。2）熟悉曲柄存在的条件、压力角、传动角、死点位置、极限位置、极位夹角、行程速比系数等基本概念，。3）了解四杆机构设计的基本问题，掌握设计平面四杆机构的基本方法。重点：1）铰链四杆机构及铰链四杆机构基本类型的判断2）曲柄滑块机构是如何演化而来的3）平面四杆机构的急回特性表示什么？与什么参数有关？什么时候会出现死点位置，如何避免？如何利用？机构的压力角和传动角有什么关系？它们与传动效率有什么关系？§3-2平面连杆机构基本类型及演化平面连杆机构——各构件间均用低副连接的平面机构。特点：低副连接，磨损较轻，易于润滑，便于加工，加工精度较高。运动误差较大，结构和设计较复杂。一、铰链四杆机构运动副全是转动副的平面四杆机构。机架：4连架杆：1、3连杆：2曲柄：能作360°转动的连架杆。摇杆：不能作360°转动的连架杆。ABCD1234铰链四杆机构的基本形式：1）曲柄摇杆机构2）双曲柄机构3）双摇杆机构1.曲柄摇杆机构一般：曲柄作匀速转动，摇杆作变速的往复摆动，连杆作平面复杂运动。2.双曲柄机构一般：主动曲柄作匀速转动，从动曲柄作周期变速转动，连杆作平面复杂运动。特例：a.平行四边形机构b.反平行四边形机构3.双摇杆机构二、铰链四杆机构的演化1.曲柄滑块机构摇杆∞曲柄摇杆机构曲柄滑块机构转动往复移动曲柄滑块机构的类型：对心曲柄滑块机构偏置曲柄滑块机构应用：活塞式内燃机、空气压缩机、冲床等。对心曲柄滑块机构偏置曲柄滑块机构结论:偏置曲柄滑块机构具有急回特性改变曲柄滑块机构的固定件得到以下机构：2.导杆机构转动导杆机构摆动导杆机构转动导杆机构摆动导杆机构L1L2L1L2L1L2：机架长度：曲柄长度应用牛头刨床机构简易刨床3.摇块机构——曲柄滑块机构中，当将连杆改为机架时，就演化成摇块机构。应用泵4.定块机构——曲柄滑块机构中，当将滑块改为机架时，就演化成定块机构。应用5.偏心轮机构——扩大转动副用于曲柄长度要求较短、冲击在和较大的机械中。颚式破碎机6.其他双滑块机构正弦机构正切机构总结：铰链四杆机构可通过下列途径演化成其他形式的四杆机构：1)通过改变构件的相对长度将转动副演变成移动副；2)通过扩大转动副获得偏心轮机构；3)通过取不同的构件为机架获得不同的机构。一、铰链四杆机构存在曲柄的条件1.整转副存在的条件：1）最短杆+最长杆≦其余两杆之和；2）最短杆两端的转动副为整转副（曲柄为最短杆）。注：整转副——能整周转动的回转副。§3-3平面四杆机构存在曲柄的条件和平面四杆机构的性质2.铰链四杆机构基本类型的判断：1）当最短杆+最长杆≦其余两杆之和a.固定最短杆的邻杆，得到曲柄摇杆机构b.固定最短杆，得到双曲柄机构c.固定最短杆的对杆，得到双摇杆机构2）当最短杆+最长杆＞其余两杆之和无论固定哪个构件，都为双摇杆机构。例：判断机构有无曲柄，如何得到铰链机构的三种基本类型。解：∵50+130=180＜80+120=200∴最短杆AB是曲柄。固定AB，得到双曲柄机构；固定AD或BC，得到曲柄摇杆机构；固定DC，得到双摇杆机构。例：在铰链四杆机构中，已知l2=30mm，l3=35mm，l4=50mm，构件AD为机架，试问：1）若此机构为曲柄摇杆机构，且构件AB为曲柄，求l1min；2）若此机构为双曲柄机构，求l1max；3）若此机构为双摇杆机构，求l1的数值解：由式得lmax+lmin≤l余1+l余21)若此机构为曲柄摇杆机构，且构件AB为曲柄，当l4为最长杆时，应满足：l2+l4≤l1+l3l1≥l4+l2–l3=50+30-35=45mm当l1为最长杆时，应满足：l1+l2≤l3+l4l1≤l3+l4–l2=50+35–30=55mm∴45mm≤l1≤55mm时，该机构为曲柄摇杆机构。Lmin=45mm.2)若此机构为双曲柄机构，依题意AD应为最短杆。应满足：l1+l4≤l2+l3l1≤l2+l3–l4=30+35-50=15mm当lmax=15mm时，该机构为双曲柄机构。3)若此机构为双摇杆机构，只要l1不满足上述两种情况均能满足本题要求。即当15mm＜l1＜45mm和55mm＜l1≤115mm（极限情况，即l4+l2+l3=115mm）时，机构均为双摇杆机构。二、平面四杆机构的运动特性1.极位摆角ψ，极位夹角θ2.急回特性曲柄AB1→AB2（φ1），摇杆C1D→C2D（ψ），时间t1，速度v1曲柄AB2→AB1（φ2），摇杆C2D→C1D（ψ），时间t2，速度v2行程速比系数:K=ω2/ω1=(ψ/t2)/(ψ/t1)=t1/t2=φ1/φ2=(180°+θ）/（180°-θ）θ=0，无急回特性；θ＞0，有急回特性。θ越大，急回特性就越显著。利用急回特性可提高生产率。二、平面四杆机构的传力特性1.压力角和传动角压力角a——作用在从动件上的力与作用点处绝对速度之间的夹角，记为a。aasin:cos:FFFFnt有害分力有效分力压力角a越小，有效分力也越大，传动效率高。传动角g——压力角的余角。记为g。传动角g越大，传动效率高。最小传动角的位置：曲柄与机架共线时。)40(50:)50(40:minminagag大功率机械一般机械2.止点（死点）位置对曲柄摇杆机构，当摇杆为主动件时，从动件曲柄与连杆在一条线上时，会出现死点。此时曲柄不转动。当机构处于死点位置（g=0°）时，机构发生自锁或运动不确定。消除死点的方法：1）对曲柄施加外力。2）利用构件自身或飞轮的惯性，使机构顺利通过死点。3）采用联动的两相同机构，使两机构的死点错开。死点的利用：1）飞机起落架2）快速夹具3）折叠靠椅§3-4平面四杆机构的运动设计两类问题：1）按给定的从动件的位置设计2）按给定的运动轨迹设计三种设计方法：1）解析法2）几何法3）实验法一、按给定的行程速比系数设计1.曲柄摇杆机构已知条件：摇杆长l3，摇杆的摆角c，行程速比系数K设计实质：确定固定铰链中心的位置，定出曲柄、连杆及机架的长度。校核传动角：2.曲柄滑块机构传动角校核：设计要点：作一直角三角形，使其锐角=极位夹角。再作直角三角形的外接圆。固定铰链中心即位于圆周上。二、按给定的连杆位置设计1.已知连杆的两个位置2.已知连杆的三个位置连接连杆的对应点，作其垂直平分线三、按给定的运动轨迹设计连杆曲线图谱四、按给定两连架杆对应位置设计1.解析法412221232434321313332313322221231121112;;)cos(coscos)cos(coscos)cos(coscosllllllpllpllpppppppppp2.实验法